投影機亮度與光源 – 流明|燈泡、LED、雷射光源

投影畫面的亮度會直接影響到實際的觀賞體驗,而光源則是其中很重要的一個因素,將會介紹如何看投影機的亮度單位,以及不同光源的介紹。

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通常買投影機,大家最關心的應該就是投影畫面的亮度與解析度了,因為這兩個因素會直接影響到實際的觀賞體驗,而以下將針對亮度與光源去做深入瞭解。

連結目錄

  • 關於亮度
  • 投影機相關亮度單位
  • 光源種類
  • 光源簡易比較

關於亮度

光的度量單位有很多個,詳細的換算與定義請參考光通量.

這邊簡單介紹四個國際單位制光度單位:

光通量 Luminous flux

單位: Lumen 流明

單位時間內由光源所發出或由被照物所吸收的總光能。

照度 Illuminance

單位:Lux 勒克斯

物體表面每單位面積所吸收可見光的光通量,用於入射表面的光。

發光強度 Luminous intensity

單位:cd 燭光

光源在給定方向上,每單位立體角內所發出的光通量。

亮度 Luminance

單位:cd/m2 燭光每平方米,舊稱 nit 尼特

是表示人眼對發光體或被照射物體表面的發光或反射光強度實際感受的物理量,當任兩個物體表面在照相時被拍攝出的最終結果是一樣亮、或被眼睛看起來兩個表面一樣亮,它們就是亮度相同。

投影機相關亮度單位

技術上而言,亮度嚴格來說是一種感知問題,所以談論東西有多亮,實際上是指它感覺有多亮。而「Lumen 流明」實際上是「光通量」的度量單位,在投影機上它指的是從光源發出來的光強度,也是人眼感知的光能之量度。

但光源的強度並不等同於我們實際看到投影畫面的亮度,這是因為光的亮度會隨著距離與面積的增加而減小:離投影幕較近,光會分散到較小的區域,畫面會看起來更亮,「照度」較高(Lux 勒克斯單位較高);反之則越暗,「照度」較低。

💡 無論投影幕距離多遠,「光通量」Lumen 皆為相同,而「照度」Lux 則會逐漸衰減。

https://www.benq.com/zh-tw/knowledge-center/technology/projector-different-units-of-brightness-for-projectors-lumens-lux-foot-lamberts-nits-and-ansi-lumens.html

而在投影機規格上,最常使用的就是 Lumen 流明,也就是光通量的單位。

ANSI 流明(ANSI Lumen)

ANSI 流明是由美國國家標準協會(ANSI)定義的標準,需要將投影機與投影畫面放置距離 2.4m,將投影畫面分為九宮格,並在九宮格的各個中心點測量照度(Lux),再將九個值平均,並乘上投影面積,即為 ANSI 流明。

為了獲得準確的測量結果,投影機應該是房間內唯一的光源。

🔑 公式:ANSI 流明 = 九宮格各點 Lux 讀數的平均值 x 投影面積(以平方米為單位)

https://www.projectorcentral.com/Lumens-Explained.htm

基於商業考量,透過此方式測試光通量之投影機,會特別標上「ANSI 流明」,用以區別其他方法測量的產品。ANSI 流明的測量方式一般而言會比其他測量方式更加具有參考價值,因為其他方式通常不會標示詳細的測量方式,而 ANSI 流明則具有單一統一之定義方式,更易於大家在比較不同的規格。

LED 流明(LED Lumen)

一些製造商提出,大多數用於測量普通光源投影機的測光儀,並不能準確的測量 LED 與雷射之機型,也有其他人認為 LED 與雷射投射的畫面,比具有相同 Lux 照度測量值的普通光源投影機更亮,所以他們以 LED 流明為單位,為此做出一個測量標準,該測量值基於光源的種類,具有相同的體感亮度。

大多數人使用專為普通燈泡投影機設計的測光儀,Konica Minolta T-10A 是一個很好的例子,它有一個感測器,可以在整個可見光譜範圍內測量來自投影機的光強度。然後它會根據光源在每個頻率上的光能分佈和人眼在每個頻率下的靈敏度來計算總亮度。這個設計的優點是可以降低成本,問題在於 LED 和雷射的光能分佈與傳統燈泡不同。因此,測光儀可能會對這些光源測量出較低的數值。

因此,一些投影機製造商認為,為了準確測量 LED 與雷射光源,需要一種不同類型的測光儀,例如貴上許多的 Konica Minolta CL-500A 分光輻射照度計。CL-500A 不僅測量總光強度,同時還測量了整個可見光譜的光能分佈,而不是對光能如何分佈進行了預定假設。由於人眼對某些波長比其他波長更加敏感,因此它可以根據每個波長的實際能量分佈計算個別亮度。

https://community.acescentral.com/t/look-transforms/3885/6

🔑 Helmholtz–Kohlrausch 效應

飽和度較高的顏色會被人眼認為是亮度較高,體感亮度隨著飽和度的增加與之增加。

即使它們具有相同的亮度,彩色光對人眼來說似乎也比白光更亮。人類感知燈光亮度的方式因人而異。當顏色更加飽和時,我們的眼睛會將其解釋為顏色的亮度與彩度,使我們的大腦相信顏色實際上更亮。

燈泡/光源流明(Light Source Lumen)

燈泡流明、也就是光源亮度,這是直接測量光源 (也就是燈泡)、未經由任何畫面成像的亮度。

可以想像為測量儀直接貼在發光源上的測量值。但這個測量值對於投影機幾乎完全沒有意義,有些廠商甚至會在低價市場混淆消費者視聽,塑造投影機亮度很高的假象。

顏色亮度 or 彩色流明(Color Brightness, aka Color Light Output (CLO))

測量顏色流明與測量 ANSI 流明的過程相似,不同之處在於它使用彩色圖像。一般來說,3LCD 投影機的彩色亮度與白色亮度相同,但 DLP 投影機兩者則不相同。

顏色亮度的測量採用與 ANSI 流明測量相同的方式,但使用顏色九官格,每個矩形都使用三種光原色的一種 —— 紅色、綠色和藍色。在上面顯示的三個測試圖像中的每一個的每個矩形的中心點處進行Lux 照度測量。將每ㄧ格輪流測量過三個顏色後,將其紅色、綠色和藍色讀數相加,得出該點 R+G+B 總合。最後使用與轉換為 ANSI 流明相同的公式,將九個 R+G+B 總數之平均值轉換為彩色流明。

https://www.projectorcentral.com/Lumens-Explained.htm

💡 溫馨提醒:

通常投影機上只會有兩種可能標示,ANSI Lumen 或是 Lumen,但是 Lumen 有時候並無法得知是哪個標準,所以最容易的方式是只看 ANSI Lumen 為統一的比較標準。

光源種類

常見的投影機光源有三種:燈泡、LED、雷射。

綜觀來說,在目前 LED 與雷射投影機確實在長期成本與維護上具有顯著的優勢,但它們的前期成本較高,可能會令消費者退避三舍。而相對的,傳統的燈泡光源在初期價格上就是非常的吸引人,但也要考慮長期使用帶來的維護與更換成本。所以在光源選擇這方面,與其他規格相同,都是看個人的需求而決定。

燈泡光源

久經考驗的投影燈已問世數十年,在過去,它的壽命大部分都是以數百小時來衡量的。然而隨著技術的不斷創新,它也擁有更亮的光線與更長的使用壽命。最新發布的投影機甚至擁有 5,000 小時的燈泡壽命,如果投影機在其 Echo 模式(降低光源輸出以延長使用壽命之模式)下運行,預計壽命甚至可以高達 20,000 小時。

https://www.projectorcentral.com/Which-Light-is-Right.htm

LED(Light-emitting Diode)光源

LED 是絕大多數小型投影機的光源,從可以放入襯衫口袋的尺寸到掌上電腦的大小,都可以見到這類型光源的存在。

LED 與雷射光源具有長壽命的優點,通常更實惠的 LED 投影機型號還擁有 20,000 小時或更長的運行時間,並且幾乎無需維護,最顯著的優勢還有較低的熱量產生,這可能對於狹小空間或特定用途很有幫助,但是大多數 LED 光源的投影機都有著低亮度的問題。

市場上,還時常充斥著低質量的成像芯片或是非品牌製造商製造的 LED 投影機,所以很多消費者就對於 LED 投影機的品質與效果,可能會產生不良的印象。

儘管 LED 光源在照明或是面板產業已經存在了很久,但對於專業的投影市場來說,還是相對較新的角色,因此相比普通燈泡與雷射還有很長的路要走。隨著技術研發,近幾年也有看到具有 4K 解析度、超短焦及 3,500 流明的 LED 投影機,十分期待未來的發展。

https://www.benq.com/zh-tw/projector/portable/gv1/specifications.html

雷射光源

雷射投影機具有與 LED 投影儀相似的特性,長使用壽命、幾乎無需維護、較低的發熱等等。

雷射與 LED 的主要區別在於,雷射具有更高流明輸出(甚至高達 50,000 流明),這表示像是建築、劇院、球場等大型及戶外場地,都可以運用雷射的高亮度製作大空間的投影,同時長壽命與低維護性,更易於長期架設。

雷射是什麼?請參考 雷射 wiki

https://www.projectorcentral.com/Lamp-vs-LED-vs-Laser.htm

光源簡易比較

光源之間的特性也依不同投影機型號而異,這邊列出普遍來說,其性質之比較:

亮度

雷射 > 燈泡 > LED

壽命

雷射 = LED > 燈泡

成本

雷射 > LED > 燈泡

產生溫度

燈泡 > 雷射 = LED

Wrap Up

可以看到在整個產業中,投影機的成本都隨著技術的研發而逐漸下降,而光源的新技術,也促使傳統燈泡光源的製造商,轉變過去依賴客戶更換燈泡的商業模式,到現在甚至直接更換整台投影機,因為壽命長上太多了。

對於投影機光源,什麼是正確的選擇呢?這又會回到你計畫每週使用投影機的時數,加上你目前的可用預算。如果你每週會使用幾十個小時,或是將其安裝在很難維護的地方,雷射與 LED 會是你的好選擇;反之,燈泡則是個經濟實惠的選擇,如果使用頻率不是很高的情況之下。

總而言之,除了光源與亮度之外,還有許多的考慮因素,包含空間大小、光線干擾程度、顯示內容是遊戲、電影或是僅文字與圖片,投影布幕的選用,預期使用情境與時間等等。眾多因素都需要你在購買前仔細考慮過的,確保你的整套投影系統與成品是令人滿意的。

Refer:

Lamp, Laser, or LED Projection: Which Light is Right?

Lamp, LED, or Laser:What’s Best for You?

Spotlight on Lumens: How They’re Measured, and Why They’re Not All the Same

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